钙钛矿是由俄罗斯矿物学家于19世纪40年代在钛酸钙矿物中发现的一种晶体结构,拥有该结构的化合物在光、磁、电、超导等领域都有着很重要的贡献。近十年,金属卤化物钙钛矿材料凭借其优异的光电特性而获得了广泛关注,尤其是在太阳能电池、发光二极管等应用中。但是,该材料的稳定性较差,为了满足生产需求,其稳定性必须加以提高。该材料的稳定性差主要来源于离子长程定向迁移现象,根据电磁感应可知,该迁移可以在一定程度上被磁性抑制,而关于卤化物钙钛矿磁学性质以及磁性-稳定性的研究尚处于空白阶段。因此,本论文将从卤化物钙钛矿的磁学性质入手,开展卤化物钙钛矿中磁性-稳定性关系的研究,并且本论文发现了除了磁性能提高稳定性以外,过渡金属离子中半满d轨道对稳定性提升的效果更为显著。此外,本论文还通过掺杂过渡金属离子的方法实现了在维持其发光效率的基础上大幅度提升了该材料的稳定性。第一章首先简介了钙钛矿的晶体结构,然后简介了氧化物钙钛矿结构在磁学领域的概况,为研究金属卤化物钙钛矿材料的磁学性质提供一定思路,接着介绍了金属卤化物钙钛矿在最重要的光伏光电领域的巨大发展潜力,最后介绍了限制该材料商业化的稳定性问题与通过磁性改善稳定性的大致思路。第二章简要介绍了本文采用的主要研究方法第一性原理的发展历程、核心思想以及本文计算所采用的几个软件包。第三章研究了立方相金属卤化物双钙钛矿Cs2Ge MX6（M=Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni和Cu;X=Cl,Br和I）的磁学性质。在传统金属卤化物钙钛矿中所有电子均已配对,没有磁性,因此我们引入了第四周期过渡金属。在采用第一性原理进行研究后发现,这类材料在室温下能够稳定存在,并且V基、Mn基以及Ni基化合物具有自旋劈裂值较大的铁磁基态,并且该铁磁态能够维持到470 K,能够同时实现半导体性与高居里温度的铁磁性。这是因为该类化合物的磁性离子具有较大的最近邻磁性离子数量,并且磁性离子之间通过Ge X6分子实现的超交换耦合作用较强。本章节的研究内容为设计具有高居里温度的铁磁半导体提供了一定思路,并且为金属卤化物钙钛矿材料的发展提供了一个有趣的方向。更重要的是,发现了没有姜-泰勒畸变的卤化物钙钛矿才能呈现铁磁性,为后面的研究打下了基础。第四章研究了立方相金属卤化物双钙钛矿Cs2MFe X6（M=Na,K,Rb和Cs;X=Cl,Br和I）的离子迁移能垒以及能带、光吸收等性质。在传统金属卤化物钙钛矿材料中,因为离子迁移能垒较低而导致了材料的稳定性较差。我们在已经存在的Cs2Na Fe F6材料的基础上设计了一族新的卤化物钙钛矿材料,并且发现该材料具有良好的稳定性,特别是在抵抗离子迁移方面。这是因为Fe3+离子提供的局域磁矩和未满3d轨道对卤素空位的迁移有双重限制的作用。并且该类材料的能带和光吸收表明,这类材料适合做四终端太阳能电池的顶部电池。通过这项研究,我们提出了通过引入过渡金属离子来提升金属卤化物钙钛矿材料稳定性的方法,也预测了一种新型的钙钛矿太阳能电池材料。第五章将第四章的方法引入到研究已久的铅卤化物钙钛矿材料中来提升其稳定性。鉴于实验上的限制,我们通过第一性原理模拟发现了掺杂过渡金属Ni2+离子取代Pb2+离子占据B位的可能性较大,并且掺杂并不会改变卤素空位形成能最低的现象。然后通过实验验证了过渡金属确实能够成功掺入钙钛矿Cs Pb Br3中,并且其光致发光量子产率并不会因为掺杂过渡金属离子而受到很大影响的,以及通过实验验证了其稳定性确实得到了大幅度提升。本章节为提升铅卤化物钙钛矿发光二极管的稳定性提供了一种不影响其发光效率的新方法,推动了铅卤化物钙钛矿材料的产业化进程。